淺談“計算機圖形學”課程的教學改革與實踐

武丹

摘要計算機圖形學的主要內容是研究如何在計算機中表示圖形以及利用計算機進行圖形的計算、處理和顯示的相關原理與算法。從學生的學習情況和實驗情況，通過采用調查法、案例教學法和案例應用推廣的方法，“以點帶面” 引導學生積極思考，使學生熟練掌握常見的圖形學算法。同時通過考試檢驗，發現學生利用這種方法能夠比較熟練的掌握算法，并對其進行應用，具有較好的教學效果。

關鍵詞計算機圖形學調查法案例教學法教學改革中圖分類號：G424文獻標識碼：A

信息與計算科學專業作為理學的一個熱門專業，其培養目標是培養具有良好的數學知識，掌握信息科學和計算科學的基本理論和方法，受到科學研究的初步訓練，能運用所學知識和熟練的計算機技能解決實際問題，能在科技、教育和經濟部門從事研究、教學和應用開發和管理工作的高級專門人才。這就需要學生具有較強的綜合素質。①②與其他專業相比，信算專業具有一定的數學基礎和計算機知識，善于發現問題，具備一定的創新意識，但是動手能力較弱，創新性不強，綜合運用所熟悉的數學知識和信息知識的能力不高。計算機圖形學（以下簡稱圖形學）作為信算專業的一門選修課，是一門理論、技術與應用相結合的技術應用性課程。該課程是2001年美國計算機學科教程和2002年中國計算機科學與技術學科教程的核心課程之一。③④⑤對于提高學生的動手能力，培養學生的綜合素質大有裨益。

1 計算機圖形學所存在的問題

信算專業的大多數學生具有學習圖形學的動機和欲望，但目前對于圖形學實驗課程所能提供的具有動手、創新的環境有限，學生無法充分發揮自己的學習潛力，同時難以提高自己的創新能力。同時學生也不善于利用現有的資源和條件，更不能創造出自己所需要的資源和條件。具體表現為：

（1）傳統的教學內容。目前的圖形學課程教學主要以課堂講解、傳授知識為主。在教學過程中學生的個性，一直沿用相同的的大綱、教材和考試方式，在這種情況下，學生的知識結構和思維方式也很容易與老師相同，缺乏創新、缺乏創見。同時，對于學生的積極性有很大影響。

（2）實驗教學模式比較單一，教學效果不夠理想。傳統的實驗教學側重于驗證性的實驗教學，從實驗的思想到實驗算法的確定，基本上都是由教師事先講解好，學生只是被動的接受和模仿，讓學生自己思考的東西較少，很多學生只是盲目敲擊代碼，并不了解為什么這么做，不利于學生創新能力和綜合素質的培養。

（3）對學生評價考核機制還不夠科學完善。目前評價學生的標準主要是考試成績，因而在一定程度上導致學生片面追求考試成績，忽視其它能力尤其是實驗動手能力和創新能力的培養。

2 教學改革的主要內容

2.1 改革課堂教學模式

課堂教學是教學的基本組成形式，學生能力的培養也必須滲透到圖形學的教學過程中。教師既要傳授知識，又要培養學生的動手能力、創新能力、實驗能力等等。同時以此為基礎，要結合學生不同的認知水平和生活體驗，創設新的教學情景導入新課，激發學生學習的欲望。在教學中，營造一個鼓勵學生發言的課堂氛圍。采用多種多樣的課堂教學形式，鼓勵學生提出自己的看法，讓學生自覺、主動地學習，以提高學生的創新能力。加強圖形學與微分幾何、數據結構、概率論與數理統計等各學科之間的交叉綜合，有利于學生綜合素質的提高；同時融合學科前沿知識，增大課堂信息量，激發學生的創新精神。

2.2 改革實驗課教學模式

針對目前《計算機圖形學》實驗中內容比較單一、編程環境比較舊的問題，使得多數學生為了驗證理論教學中學到的算法，剛實驗成功一個算法會比較有成就感，但是對后面的實驗會在某種程度上失去興趣，感覺枯燥無趣，對它不感興趣。充分利用理學院實驗室的儀器設備和師資力量，探索和完善實施新的實驗教學的方法。

2.3 改革和完善學生的考核體系

評價是教育管理中實施控制的特殊手段，是教育管理的重要環節。傳統的培養模式并不利于培養學生的動手能力，主要原因是學生考核過程中采用統一的閉卷考試方式，不能反映出學生的真實的水平和能力，尤其是創新能力和實驗能力很難在一張試卷中進行全面考察。因此我們可以采用多樣化的考試方式，以及相對比較自由的考試時間，或不采用考試形式考評學生，如通過獨立撰寫專題報告、課堂演講、撰寫相關的學術性文章、參與相關的科研項目以及相關的程序設計大賽等多種形式進行評價。

3 實施的步驟與方案

（1）通過對2007級、2008級學生進行調查，了解學生為什么選修圖形學這門課程？希望通過該課程學到什么？以及學生比較擅長的編程語言，給學生創造良好的編程環境，使得學生先利用自己熟悉的語言實現結果。

（2）通過網上查詢及實地考察，借鑒國內外著名大學的經驗，結合理學院信算專業的專業特色對教學內容進行改革，使得教學內容與時俱進，與當前的SIGGRAPH中的熱門圖形學專題相結合，開闊學生的視野。

（3）完善網絡課程以期協調好“教師教”與“學生學”的關系。采用多樣化的教學方法，從圖示內容的漸進性到圖形的欣賞性，再到圖形的交互性循序漸進，同時將多媒體教學與程序現場演示相結合。

（4）通過課堂實踐完成將傳授知識與培養能力相結合，采用“以點帶面”的方法，每個算法在班內選擇1~2個代表學生，講述自己的算法，修正其編程過程中遇到的問題，以及其他同學有可能遇到的問題，將該過程集結成錄像上傳到網上共享。

4 教學效果

通過對于2007級、2008級信算專業的學生進行教學改革，我們發現與2006級相比，學生對于實驗算法的理解更加深入，成績優秀的學生比例提高了15%，考試中對于考察算法的題目學生的得分率比較高，多數學生對于計算機圖形學的認識有了進一步的提高。

注釋

①陳國軍.工科《 計算機圖形學》 教學改革探索[J].中國石油大學勝利學院學報,2009.23(2):81-83.

②張榮華.高校“計算機圖形學”實驗教學改革探析[J].中國電力教育,2007(3):134-136.

③張瑞秋等.計算機圖形學發展現狀與教育改革[J].機械管理開發,2007(4):6-8.

④王棟等.“計算機圖形學”課程教學探討[J].教學與研究,2008(14).

⑤王玉琨等.“計算機圖形學”課程改革與創新探究[J].高等理科教育,2008(1):